Bê tông là vật liệu xây dựng phổ biến trong xây dựng và được chế tạo bởi chất kết dính (xi măng), cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát tự nhiên), nước và phụ gia. Ở Việt Nam, cát sông được dùng phổ biến làm cốt liệu nhỏ để chế tạo bê tông thông thường. Do nhu cầu phát triển của xã hội, cát sông ngày càng bị khai thác quá mức để phục vụ hoạt động xây dựng, ảnh hưởng đến môi trường, làm tăng chi phí xây dựng.
Trần Văn Châu, Trương Hoài Chính NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BÊ TÔNG TỪ CÁT BIỂN, NƯỚC BIỂN KHU VỰC NHA TRANG – KHÁNH HÒA A RESEARCH ON PRODUCING CONCRETE USING SEA SAND, AND SEAWATER OF NHA TRANG BEACH, KHANH HOA PROVINCE Trần Văn Châu1, Trương Hoài Chính2* HVCH ngành Xây dựng dân dụng, K33 Nha Trang (liên kết) Khánh Hòa; chau13042010@gmail.com Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; truonghchinh@gmail.com Tóm tắt - Bê tơng là vật liệu xây dựng phổ biến xây dựng chế tạo chất kết dính (xi măng), cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát tự nhiên), nước và phụ gia Ở Việt Nam, cát sông dùng phổ biến làm cốt liệu nhỏ để chế tạo bê tông thông thường Do nhu cầu phát triển xã hội, cát sông ngày càng bị khai thác mức để phục vụ hoạt động xây dựng, ảnh hưởng đến môi trường, làm tăng chi phí xây dựng Vì vậy, cần có loại vật liệu khác, thay cát sơng, nước để chế tạo bê tông cát biển, nước biển Nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát biển, nước biển khu vực Nha Trang – Khánh Hòa để đánh giá phát triển cường độ chịu nén bê tông sản xuất từ cát biển, nước biển theo thời gian khả sử dụng cát biển, nước biển để sản xuất bê tơng xi măng, ứng dụng cơng trình xây dựng Abstract - Concrete is a popular building material in construction and is normally made from cement, coarse aggregate (crushed rock, gravel), fine aggregate (natural sand), water and admixtures In Vietnam, river sand is commonly used as fine aggregate to make concrete Due to the development needs of society, river sand is being over - exploited to serve construction activities, affecting the environment and increasing construction costs Therefore, there should be another material such as sea sand and seawater that can replace river sand, fresh water to make concrete This research on concrete production using sea sand, and seawater of Nha Trang beach, Khanh Hoa province is to evaluate time-dependent development of compressive strength of concrete with sea sand and seawater, and the possibility of using sea sand and seawater to produce concrete for construction works Từ khóa - cát biển; nước biển; bê tông nước biển; bê tông cát biển; cường độ nén Key words - sea sand; seawater; seawater concrete; sea sand concrete; compressive strength Đặt vấn đề Bê tông vật liệu xây dựng phổ biến giới, kết cấu chịu lực cơng trình xây dựng Cát từ sơng, suối thường dùng làm cốt liệu nhỏ chế tạo bê tông thông thường Theo số liệu điều tra Bộ Xây dựng cho thấy, đến năm 2020 nhu cầu cát xây dựng nước (cát san lấp, cát đổ bê tông, cát xây tô) khoảng 130 triệu m3/năm, nhu cầu từ năm 2016 đến năm 2020 cần 2,1 đến 2,3 tỉ m3 cát Trong đó, trữ lượng dự báo tỉ m3 Tại Khánh Hòa, dự báo đến năm 2020, nhu cầu cát xây dựng cho toàn tỉnh từ 1,6 đến 1,9 triệu m3/năm, tổng công suất khai thác đạt 1,45 triệu m3/năm Khánh Hòa tỉnh duyên hải, có bờ biển dài 385 km, với tổng diện tích 5.217,6 km² 250 đảo quần đảo, tận dụng nguồn cát sẵn có ven biển, cát biển để sản xuất bê tông, hạn chế việc khai thác mức cát vàng, bảo vệ môi trường, nguồn nước, đem lại hiệu kinh tế - xã hội lớn nhờ giảm giá thành Vì vậy, việc “Nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát biển, nước biển khu vực Nha Trang – Khánh Hòa” cần tiến hành nghiên cứu, đánh giá khả sử dụng cát biển, nước biển để chế tạo bê tông thực tế 2.1.1 Các vật liệu cấu thành bê tông Xi măng thành phần chất kết dính để liên kết hạt cốt liệu với tạo cường độ cho bê tông Chất lượng hàm lượng xi măng yếu tố quan trọng định cường độ cho bê tơng Cốt liệu nhỏ cát tự nhiên (cát sông, cát suối, cát đồi), nhân tạo (cát xỉ, cát Keramzir), cát nghiền hỗn hợp từ cát tự nhiên cát nghiền Cốt liệu nhỏ có kích thước từ 0,14 mm đến mm Cốt liệu lớn đá dăm, sỏi, sỏi dăm (đập nghiền từ sỏi) hỗn hợp từ đá dăm sỏi hay sỏi dăm Cốt liệu lớn có kích thước từ mm đến 70 mm Nước thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ bê tơng tăng lên Nước tạo độ lưu động cần thiết để q trình thi cơng dễ dàng Nước biển dùng để chế tạo bê tơng cho kết cấu làm việc nước biển, tổng loại muối ≤ 35g/lít nước biển Chất phụ gia bê tơng sử dụng phổ biến, thường có loại Phụ gia rắn nhanh thường làm tăng nhanh q trình thủy hóa xi măng, rút ngắn q trình rắn bê tông điều kiện tự nhiên, nâng cao cường độ bê tông sau bảo dưỡng nhiệt tuổi 28 ngày Phụ gia hoạt động bề mặt có khả cải thiện đáng kể tính dẻo hỗn hợp bê tơng tăng cường nhiều tính chất khác bê tơng tăng cường độ chịu lực, tăng khả chống thấm 2.1.2 Cường độ bê tông Cường độ đặc trưng bản, phản ánh khả chịu lực bê tông Cường độ bê tông phụ thuộc thành phần cốt liệu, đặc tính xi măng, tỷ lệ nước với xi măng, phương pháp thi công điều kiện môi trường Theo tiêu Kết nghiên cứu - Thí nghiệm khảo sát 2.1 Tổng quan bê tông Bê tông xi măng (thường gọi tắt bê tông) loại vật liệu đá nhân tạo hình thành cách tạo hình làm rắn hỗn hợp, lựa chọn hợp lý xi măng, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) phụ gia Trong đó, đá cát, thành phần chịu lực chủ yếu bê tơng; xi măng, sau trộn với nước dần đông cứng lại trở thành chất kết dính hỗn hợp [3] ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(124).2018 Bảng Kết thí nghiệm xi măng theo TCVN 6260:2009 Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp thử Yêu cầu Kết Cường độ nén ≥ 18 ≥ 40 MPa TCVN 6016:2011 MPa TCVN 6016:2011 Thời gian đông kết Bắt đầu Kết thúc Phần lại sàng 0,09 mm ≥ 45 ≤ 420 145 205 ≥ 2.800 3.785 ≤ 10 2,0 Min TCVN 6017:2015 Min TCVN 6017:2015 Độ mịn (bề mặt cm2/g TCVN 4030:2003 riêng) 20,3 44,0 % TCVN 4030:2003 Lượng nước tiêu chuẩn % TCVN 6017:2015 Độ ổn định thể tích theo Le Chatelier mm TCVN 6017:2015 ≤ 10 0,65 % TCVN 141:2008 ≤ 3,5 2,11 Hàm lượng SO3 % tích lũy sàng 0,00 Chỉ tiêu 40 60 100 Cỡ sàng (mm) Hình Biểu đồ thành phần hạt cát sơng Bảng Kết thí nghiệm cát biển theo TCVN 7572:2006 Chỉ tiêu TT Đơn vị Kết TCVN 7570-2006 - 3,0 2,0 -:- 3,3 ≤ 3,00 Mô đun độ lớn Mđl Hàm lượng bùn bụi sét % 0,57 Khối lượng thể tích xốp kg/m3 1.579 Khối lượng riêng g/cm3 2,664 Khối lượng thể tích bảo hòa g/cm3 2,591 Khối lượng thể tích khơ g/cm3 2,547 Độ hút nước % 1,73 Độ rỗng % Hàm lượng tạp chất hữu - 59,3 Sáng Màu chuẩn Bảng Kết kiểm nghiệm số Cl- SO42- cát biển Chỉ tiêu STT Phương pháp kiểm nghiệm Kết Clorua (g/m3) SMEWW- 4500 Cl B 3,0 Sunphat (g/m3) SMEWW- 4500 SO42 E 2,55 0,00 2,00 4,00 20 40 60 80 100 Cỡ sàng (mm) Hình Biểu đồ thành phần hạt cát biển 2.2.3 Đá dăm 1x2 mỏ đá Hòn Ngang, Diên Khánh Bảng Kết thí nghiệm đá theo TCVN 7572:2006 Bảng Kết thí nghiệm cát vàng theo TCVN 7572:2006 TT 4,00 80 27,6 2.2.2 Cát Cát vàng Sông Cái, Nha Trang – Diên Khánh, cát biển khu vực ven biển Nha Trang 2,00 20 % tích lũy sàng chuẩn Việt Nam TCVN 5574–2012, cường độ chịu nén cường độ trung bình, tính theo đơn vị daN/cm2 (kg/cm2) hay Mpa (N/mm2) mẫu thử chuẩn khối lập phương vuông, cạnh 150 mm, dưỡng hộ thí nghiệm tuổi 28 ngày, theo điều kiện chuẩn nhiệt độ 27 + 2oC, độ ẩm không nhỏ 95% 2.1.3 Cát biển Cát biển sản phẩm trầm tích dạng sa thạch, thơng thường kg cát biển, có khoảng 10 đến 20 mg NaCl Dung trọng cát biển thay đổi từ 1,4 – 1,7 g/cm3, tỷ trọng 2,6 – 2,7 g/cm3, độ xốp thay đổi khoảng 35% 45% Thành phần hóa học cát biển có hàm lượng silic cao, từ 57% - 90%, hàm lượng Fe2O3 1,2% - 9,7%, Al2O3 0,95% - 18,2%, MnO 0,008% - 0,13%, Na2O 0,9%, … [1] 2.1.4 Nước biển Nước biển có độ mặn khoảng 3,5% muối theo trọng lượng phần lớn muối NaCl hòa tan dạng ion Na+ Cl- Nước biển chứa Mg2+ SO42-, Nồng độ pH trung bình 8,2, nước biển có tính xâm thực xi măng 2.2 Thí nghiệm thành phần cốt liệu 2.2.1 Xi măng Sử dụng xi măng Hà Tiên PCB40, Cam Ranh Đơn vị Kết TCVN 7570-2006 TT - 3,0 2,0 -:- 3,3 Tỷ lệ hạt thoi dẹt dẹt ≤ 3,00 Chỉ tiêu Đơn vị Kết TCVN 7570-2006 % 5,80 ≤14 ≤2 Mô đun độ lớn Mđl Hàm lượng bùn bụi sét % 1,12 Hàm lượng bùn bụi sét % 0,60 Khối lượng thể tích xốp kg/m3 1.472 Khối lượng thể tích xốp kg/m3 1394 Khối lượng riêng g/cm3 2,650 Khối lượng thể tích bảo hòa g/cm3 2,716 Độ hút nước Độ rỗng % Hàm lượng tạp chất hữu - Khối lượng thể tích bảo hòa g/cm 2,581 Khối lượng thể tích khơ g/cm 2,699 Khối lượng thể tích khơ g/cm3 2,539 Khối lượng riêng g/cm3 2,744 % 1,66 Độ hút nước % 0,61 55,6 Độ rỗng % 48,3 Độ ép vỡ xy lanh % 7,3 Sáng Màu chuẩn ≤14 Trần Văn Châu, Trương Hoài Chính Lượng sót tích lũy (%) 10 15 20 25 30 35 40 20 40 60 80 100 Cỡ sàng (mm) Hình Biểu đồ thành phần hạt đá 2.2.4 Nước Sử dụng nước máy sinh hoạt, nước biển Nha Trang Bảng Thông số nước biển Nha Trang Chỉ tiêu Tiêu chuẩn Kết TCVN 6492:2011 8,32 - TCVN 6194:1996 17,906 g/l SO42- TCVN 6250:1996 2,067 g/l Tổng muối hoà tan TCVN 6168:1996 34,765 g/l Cặn không tan TCVN 4560:1988 11,5 mg/l Tạp chất hữu (chỉ số permanganat) TCVN 6186:1996 39 g O2/l Độ pH Cl 2.2.5 Chất phụ gia Sử dụng phụ gia giảm nước cao cấp Sika Viscocrete 3000-10, chất siêu hóa dẻo công nghệ cao gốc polyme hệ thứ với hiệu thúc đẩy đông cứng cho bê tông Sika Viscocrete 3000-10 thêm vào nước định lượng, trước cho vào hỗn hợp khô cho vào hỗn hợp bê tông ướt cách riêng rẽ Liều lượng dùng từ 0,7 – 2,5 lít/100 kg xi măng Sử dụng phụ gia Sika Viscocrete 3000-10 cho hai loại cấp phối bê tông sử dụng cát biển, nước biển B15 B20, với tỷ lệ 0,7 lít/100 kg xi măng 2.3 Kết thí nghiệm Cấp phối bê tông theo cấp phối chuẩn Bộ Xây dựng cơng bố; cấp phối có sử dụng phụ gia hóa dẻo Sika Viscocrete 3000-10, điều chỉnh giảm tỷ lệ nước từ 5% đến 10%, tương ứng với tỷ lệ phụ gia sử dụng 0,7% 1% 100 kg xi măng Độ sụt chung cho loại cấp phối bê tơng thí nghiệm 6-8 cm 2.3.1 Kết thí nghiệm mẫu bê tơng M200 (B15) Hình Biểu đồ so sánh phát triển cường độ bê tông cát biển, nước biển B15 với loại cấp phối khác 2.3.2 Kết thí nghiệm mẫu bê tơng M250 (B20): Bảng Kết thí nghiệm cường độ mẫu thử M200 (B15) Mẫu B15 Cường độ nén trung bình mẫu thử theo ngày tuổi Rn, (daN/cm2) R3 R7 R14 R28 R60 R90 CP1 125,35 168,02 196,43 253,89 261,06 267,73 CP2 104,44 131,58 153,68 162,40 172,94 178,34 CP3 94,32 117,93 129,18 146,71 155,42 165,62 CP4 98,69 133,54 156,59 187,97 202,57 205,79 CP5 131,69 135,25 171,78 211,28 222,83 228,14 Hình Biểu đồ so sánh phát triển cường độ bê tông cát biển, nước biển B20 với loại cấp phối khác ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(124).2018 Bảng Kết thí nghiệm cường độ mẫu thử M250 (B20) Mẫu B20 Cường độ nén trung bình mẫu thử theo ngày tuổi, Rn (daN/cm2) R3 R7 R14 R28 R60 R90 CP6 148,15 180,55 224,28 277,23 284,61 287,38 CP7 124,91 146,68 160,75 192,36 205,35 212,96 CP8 134,70 153,74 179,15 205,50 221,36 229,82 CP9 125,97 159,32 188,64 216,02 229,27 236,80 CP10 161,53 168,12 201,74 231,72 247,07 253,44 Bàn luận - Sự phát triển cường độ nén bê tông sử dụng cát biển, nước biển, cấp độ bền B15 B20 phù hợp quy luật phát triển cường độ nén theo thời gian bê tông thông thường Cường độ nén bê tông cát biển, nước biển phát triển mạnh ngày đầu, sau tăng chậm so với cấp phối bê tông cát vàng, nước máy Tuy nhiên, cường độ nén ngày tuổi thấp nhiều so với cường độ nén bê tông thông thường Ở 90 ngày tuổi, bê tông cát biển, nước biển thấp bê tông thường 33,39% (B15) 25,90% (B20) Nếu sử dụng phụ gia 0,7% 1% tỷ lệ giảm 23,13% (B15), 17,60% (B20) 14,79% (B15), 11,81% (B20) tương ứng - Tại 90 ngày tuổi, sử dụng phụ gia 0,7%, cường độ nén bê tông cát biển, nước biển B15 tăng 15,39%, B20 tăng 11,20%; tăng phụ gia lên1%, cường độ nén bê tông B15 tăng 27,92%, B20 tăng 19,01% - Cường độ nén ba ngày tuổi bê tơng cát biển, nước biển, có phụ gia phát triển nhanh so với cấp phối lại, sau ngày tuổi cường độ tăng, chậm Từ sau ngày tuổi đến 28 ngày tuổi, cường độ nén loại cấp phối tăng Sau 28 ngày, ngồi bê tơng truyền thống, có bê tơng cát biển, nước biển, phụ gia 1%, đạt cường độ thiết kế bê tông B15, đạt 211,28 kg/cm2(105,64%) B20 đạt 231,72kg/cm2 Kết luận Việc sử dụng cát biển, nước biển để sản xuất bê tông xi măng có cấp độ bền thấp, đến mác 250 (B20) khả thi, sử dụng phụ gia hóa dẻo Sika Viscocrete 3000-10, với tỷ lệ phù hợp Có thể triển khai sản xuất thử nghiệm bê tơng cấp độ bền đến M250 (B20), ứng dụng vào số cơng trình xây dựng khu vực ven biển, đảo gần bờ, để đánh giá khả ứng dụng loại kết cấu thực tiễn Cần nghiên cứu ảnh hưởng cát biển, nước biển với thành phần cấp phối khác như: sử dụng xi măng bền sunfat, điều chỉnh tỷ lệ xi măng/nước, tỷ lệ cát vàng/cát biển, sử dụng phụ gia khác CSSB, … để thiết kế cấp phối bê tông làm từ cát biển, nước biển./ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Bách (2006) - “Nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận Vũng Tàu làm bê tơng xi măng xây dựng đường ô tô”, Luận án Tiễn sĩ kỹ thuật [2] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3105:1993 - “Hỗn hợp bê tông thường bê tông thường - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử” [3] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7570:2006 - “Cốt liệu cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật” [4] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7570-1÷20:2006 - “Phương pháp thử” [5] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6016:2011 - “Xi măng - Phương pháp thử – Xác định cường độ” [6] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6260:2009 - “Xi măng Pc lăng hỡn hợp – u cầu kỹ thuật” [7] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7572:2006 - “Cốt liệu cho bê tông vữa – Phương pháp thử” [8] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 4506:2012 - “Nước cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật” [9] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 3118:1993 - “Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ chịu nén” [10] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 3106:1993 - “Hỗn hợp bê tông nặng – Phương pháp thử độ sụt” (BBT nhận bài: 03/3/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 25/3/2018) ... luận - Sự phát triển cường độ nén bê tông sử dụng cát biển, nước biển, cấp độ bền B15 B20 phù hợp quy luật phát triển cường độ nén theo thời gian bê tông thông thường Cường độ nén bê tông cát biển, . .. nén bê tông cát biển, nước biển B15 tăng 15,39%, B20 tăng 11,20%; tăng phụ gia lên1%, cường độ nén bê tơng B15 tăng 27,92%, B20 tăng 19,01% - Cường độ nén ba ngày tuổi bê tơng cát biển, nước biển, . .. CSSB, … để thiết kế cấp phối bê tông làm từ cát biển, nước biển. / TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Bách (2006) - Nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận Vũng Tàu làm bê tông xi măng xây dựng đường